软交换技术与H.323协议的深入研究

　　下一代网络的网络体系结构中有两种策略：一是智能的端点和边缘，简单的网络设施；二是简单的端点和边缘，智能的网络设施。对于前者来说，因为端到端多媒体融合业务的驱动力来源于端点和边缘，下一代网络业务的蓬勃创新和繁荣昌盛正依赖于此。

　　互联网的成功也证明了这种策略对多媒体业务的重要性。而对于后者来说，因为只有单纯统一的端点和边缘设备，才有利于规模性地经营管理和控制。PSTN网络所提供的语音业务已验证了这种策略商业实践的可靠性。ITU的H.323协议和IETF的SIP协议正是在某种程度上体现了策略的技术体制。为了在更大程度上实现端到端IP电话的电信运营目标，人们为电信运营商设计出软交换技术机制。IP电话语音业务是软交换机中的主要、根本的业务功能。

　　H.323协议族规定了在主要包括IP网络在内的基于分组交换的网络上提供多媒体通信的部件、协议和规程。H.323一共定义了四种部件：终端，网关，网守和多点控制单元。利用它们，H.323可以支持音频、视频和数据的点到点或点到多点的通信。H.323协议族包括用于建立呼叫的H.225.0、用于控制的H.245、用于大型会议的H.332 以及用于补充业务的H.450.X等。H.323 协议中包含3条信令控制信道：RAS信令信道、呼叫信令信道和H.245 控制信道。3 条信道的协调工作使得H.323的呼叫得以进行。

　　SIP（Session Initiation Protocol）是一个会话层的信令控制协议。用于创建、修改和释放一个或多个参与者的会话。这些会话可以好似Internet多媒体会议、IP电话或多媒体分发。会话的参与者可以通过组播（multicast）、网状单播（unicast）或两者的混合体进行通信。SIP是类似于HTTP的基于文本的协议。SIP可以减少应用特别是应用的开发时间。由于基于IP协议的SIP利用了IP网络，固定网运营商也会逐渐认识到SIP技术对于他们的深远意义。

　　软交换技术

　　软交换技术（Soft switch）的概念是1997年由朗讯公司贝尔实验室提出来的，初衷是为了将现有的传统PSTN电路交换网与IP/ATM数据网融合。软交换技术是下一代网络的控制功能实体，为下一代网络（NGN）具有实时性要求的业务提供呼叫控制和连接控制功能，是下一代网络呼叫与控制的。软交换技术具备以下三个基本特点：集成分组网和电路交换网；具备汇接局和端局能力；呼叫控制与媒体层和业务层分离。

　　软交换设备位于控制层，提供多种业务的连接控制、路由、网络资源管理、计费、等功能。软交换设备与各种媒体网关、终端、应用服务器、其他软交换设备间采用标准协议相互通信。H.323是ITU-T第16工作组的建议，由一组协议构成，其中有负责音频与视频信号的编码、解码和包装，有负责呼叫信令收发和控制的信令，还有负责能力交换的信令。H.323的第4版本具备做电信级大网的特征，以它为标准构建的IP电话网能很容易地与传统PSTN电话网兼容，从这点上看，H.323更适合于构建电话到电话的电信级大网。

　　H.323协议族规定了在主要包括IP网络在内的基于分组交换的网络上提供多媒体通信的部件、协议和规程。H.323一共定义了四种部件：终端，网关，网守和多点控制单元。利用它们，H.323可以支持音频、视频和数据的点到点或点到多点的通信。H.323协议族包括用于建立呼叫的H.225.0、用于控制的H.245、用于大型会议的H.332 以及用于补充业务的H.450.X等。H.323协议中包含3条信令控制信道：RAS信令信道、呼叫信令信道和H.245 控制信道。3条信道的协调工作使得H.323的呼叫得以进行。下面对H.323的部件和通道进行介绍：H.323定义了4个主要部件构筑基于网络的通信系统：终端（Terminal）、网关（Gateway）、网守（Gatekeeper）和多点控制单元（MCU）。

　　在基于IP的网络上是一个客户端点。它需要支持下面3项功能：支持信令和控制，即支持H.245（有关通道使用和通道能力的复杂协议）和H.225（一个类似Q.931的呼叫信令收发和建立协议）以及RAS（定义在H.225，用于终端与网守通信协议）；支持实时通信，即支持RTP/RTCP（一个对声频和视频信息包顺序处理的协议）；支持编码，即传前压缩，收后进行解压缩。为互操作性，每个H.323终端需支持Q.711，其它的编码方式作为选项。提供在包交换网络和电路交换网络（SCN，Switch Circuit Network）之间的一个连接。

　　在H.323系统中是可选的，但如果出现，它们就具有某些强制性的功能，网守完成地址翻译、接纳控制、带宽控制、域管理4个必须功能。网守还支持呼叫控制信令、呼叫鉴权、带宽管理和呼叫管理4个可选的功能。当一个H.323系统中有网守时，所有类型的端用户在建立呼叫之前都需要到网守登录并获得它的许可。

　　多点控制单元支持3个以上的端用户进行会话。典型的MCU包括一个多点控制器（MC）和若干个（也可以没有）多点处理器（MP）。MC提供控制功能，如终端之间的协商，决定处理话音或视频共有的能力。MP完成会话中的媒体流的处理，如话音的混合、话音/视频交换。H.323用通道对两个通信实体进行信息交换结构化。通道是一个传输层的连接。

　　H.323与SIP的比较

　　SIP由IETF的MMUSIC小组提出，与ITU提出的H.323协议族相比，它具有简单、扩展性和缩放性好以及和现有的Internet应用组合紧密等特点。两者对IP电话系统信令提出了完整的解决方案。它们对呼叫的连接都具有建立、管理和撤销的能力，具有网络管理功能，使端点用户具有进行建立和交互QoS的能力，且容易扩充新功能，支持不同类型的互操作性。当然，这两个协议都包含关于语音编码的解压缩方面的要求，只是这部分对两个协议而言是一样的。

　　使用 SIP，服务提供商可以随意选择标准组件，快速驾驭新技术。不论媒体内容和参与方数量，用户都可以查找和联系对方。SIP 对会话进行协商，以便所有参与方都能够就会话功能达成一致以及进行修改。它甚至可以添加、删除或转移用户。

　　在H.323多媒体通信系统中，控制信令和数据流的传送利用了面向连接的传输机制。在IP游戏栈中，IP与TCP协作，共同完成面向连接的传输。可靠的传输保证了数据数据包传输时的流量控制、连续性以及正确性，但也可能引起传输时延以及占用网络宽带。H.323将可靠的TCP用于H.245控制信道、T.120数据信道，呼叫信令信道。而视频和音频信息采用不可靠的、面向非连接的传输方式，即利用用户数据协议UDP（User Datagram Protocol）。UDP无法提供很好的QoS，只提供少的控制信息，因此传输时延较TCP小。 在有多个视频流和音频流的多媒体通信系统中，基于UDP和不可靠传输利用IP多点广播和由IETF实时传输协议RTP处理视频和音频信息。IP多播是以UDP方式进行不可靠多点广播传输的协议。RTP工作于IP多播的顶层，用于处理IP网上的视频和音频流，每个UDP包均加上一个包含时间戳和序号的报头。若接收端配以适当的缓冲，那么它就可以种用时间戳和序号信息"复原，再生"数据包、记录失序包、同步语音、图像和数据以及改善边接重放效果。实时控制协议RTCP用于RTP的控制。RTCP监视服务质量以及网上传送的信息，并定期将包含服务质量信息的控制信息包发分给所有通信节点。

　　目前，H.323和SIP是分组网内两大相互竞争的协议，其中，H.323协议是ITU-T制定的标准，SIP协议是IETF制定的标准，两者均可以完成呼叫建立、释放、补充业务和能力交换等功能。H.323协议采用了ISDN的设计思想，采用Q.931协议完成呼叫的建立和释放，明显具有电信网可管理性和集中的特征。目前，H.323协议已经在网上得到广泛的应用，与SIP比较，H.323更成熟，因此目前我国各运营商的IP电话网均选用该协议。而SIP协议具有简单、扩展性好以及和现有的Internet应用紧密结合的特点，许多人认为该协议比较容易实施，近在美国得到快速发展，同时SIP将在第三代移动通信网和智能业务中得到广泛应用。支持多种协议是软交换的主要特点之一，因此软交换技术可以同时支持这两种协议。

　　结论

　　H.323的协议修正历程表明了在构建VoIP网络时，网络的可扩展性始终是一个不可忽视的问题。随着宽带网络的建设，流媒体业务变得越来越重要，宽带分组网络逐步取代PSTN的趋势开始显现，这为VoIP的发展提供了很好的平台。H.323协议作为下一代网络的支撑协议之一会扮演越来越重要的角色。

　　H.323第二版与SIP所支持的功能和业务是非常接近的，而对于补充业务，H.323定义得更严格，所以在实现上，H.323很少有互操作方面的问题。两个协议在它们的QoS支持上是可以比较的（类似呼叫建立的时延、不支持资源预留或CoS（Class of Server）的设置），但H.323第三版将允许CoS需要的信令。所以H.323第三版是比较适合巨型电信营运商使用的。软交换技术只是一种实现手段，可以用在基于H.323的IP电话体系内，也可用在基于SIP的IP电话体系内。H.323提供了一种集中处理和管理的工作模式，与电信网的管理方式是匹配的。它具备做任意规模的IP电话系统的能力，是一种很好的工作模式。